參考資料：《Mastering theFreeRTOS Real Time Kernel》3.12 Scheduling Algorithms

瑞薩RZ/T2L MPU

RZ/T2L是一款高性能MPU，可通過EtherCAT實現(xiàn)高速、高精度的實時控制。RZ/T2L搭載最大頻率為800MHz的Arm Cortex-R52內(nèi)核以及與CPU緊密耦合的大容量內(nèi)存（576KB），可以降低使用高速緩存存儲器時出現(xiàn)的執(zhí)行時間波動，并提供確定性與高速響應處理。RZ/T2L在CPU內(nèi)核、外設功能和LLPP（低延時外設端口）總線等方面具備與RZ/T2M無縫連接的硬件架構(gòu)，可用于AC servo等更高性能的控制系統(tǒng)。此外，RZ/T2L提供了與瑞薩MPU和MCU可兼容、可擴展的軟件平臺。它使客戶可以利用自己的軟件資產(chǎn)進行新機型的開發(fā)。

RZ/T2L產(chǎn)品框圖

1.?任務狀態(tài)和事件的概述

實際正在運行（使用處理時間）的任務處于運行態(tài)。在單個核心處理器上，在任何時候都只能有一個任務處于運行態(tài)。

沒有實際運行，但既不處于阻塞態(tài)也不處于掛起態(tài)的任務就是處于就緒態(tài)。

處于就緒態(tài)的任務可被調(diào)度器選擇，然后進入運行態(tài)。調(diào)度程序會始終選擇最高優(yōu)先級的就緒態(tài)任務進入運行態(tài)。

任務可以在阻塞態(tài)下等待事件，并在事件發(fā)生時自動移回就緒態(tài)。

時間事件發(fā)生在特定的時間，例如當阻塞時間過期時，通常用于實現(xiàn)周期性或超時行為。當任務或中斷服務例程使用任務通知、隊列、事件組或多種類型的信號量之一發(fā)送信息時，就會發(fā)生同步事件。它們通常用于需要同步的情況，例如數(shù)據(jù)同步。

2.配置調(diào)度算法

調(diào)度算法決定了調(diào)度器將哪個就緒態(tài)任務轉(zhuǎn)換到運行態(tài)。

可以使用configUSE_PREEMPTION和configUSE_TIME_SLICING配置常量來更改算法。這兩個常量都在FreeRTOSConfig.h中定義。

還有個配置常數(shù)configUSE_TICKLESS_IDLE也會影響調(diào)度算法，因為使用它會導致tick中斷在很長一段時間內(nèi)被完全關閉。configUSE_TICKLESS_IDLE是一個高級選項，專門用于必須最小化功耗的應用程序。configUSE_TICKLESS_IDLE在之后解說。

對于相同優(yōu)先級的任務，F(xiàn)reeRTOS調(diào)度器依次選中相同優(yōu)先級的任務進入運行態(tài)。這種輪流策略被稱為‘Round Robin Scheduling’

‘Round Robin Scheduling’算法并不能保證同等優(yōu)先級的任務之間運行相同的時間，只能保證同等優(yōu)先級的“就緒”任務會依次進入“運行”態(tài)。

2.1

基于時間片的搶占式調(diào)度

如果按照如下配置：

configUSE_PREEMPTION 1

configUSE_TIME_SLICING 1

FreeRTOS調(diào)度器使用一種稱為“基于時間片的固定優(yōu)先級搶占式調(diào)度”的調(diào)度算法，這是大多數(shù)小型RTOS應用程序使用的調(diào)度算法。

固定優(yōu)先級

被描述為“固定優(yōu)先級”的調(diào)度算法不會改變分配給被調(diào)度任務的優(yōu)先級，但也不會阻止任務本身改變自己的優(yōu)先級或其他任務的優(yōu)先級。

搶占式調(diào)度

在優(yōu)先級高于運行態(tài)任務的任務進入就緒態(tài)時，調(diào)度器立即讓這個高優(yōu)先級的任務“搶占”運行態(tài)任務。被搶占意味著任務移出運行態(tài)并進入就緒態(tài)，并不是因為任務自己主動讓出或者阻塞。

時間片

時間片用于在具有相同優(yōu)先級的任務之間共享處理時間，即使任務沒有顯式地讓步或進入阻塞狀態(tài)。使用“時間片”的調(diào)度算法將在每個時間片結(jié)束時選擇一個新任務進入運行狀態(tài)，如果有其他與運行任務具有相同優(yōu)先級的就緒狀態(tài)任務。一個時間片等于兩個RTOS tick中斷之間的時間。

上圖演示了使用“基于時間片的固定優(yōu)先級搶占式調(diào)度”算法搶占調(diào)度任務的調(diào)度過程。

task1是最高優(yōu)先級的事件驅(qū)動任務，task2是中等優(yōu)先級的周期性任務，task3是最低優(yōu)先級的事件驅(qū)動任務，Idle task是空閑任務。

task1周期性運行，阻塞時，空閑任務就會運行，task3的事件到達就會搶占空閑任務，task3運行期間，如果task2的周期到了，因為task2優(yōu)先級高就會搶占task3，task2運行完了再接著運行task2，task2運行期間，由于task1優(yōu)先級高，一旦task1等待的事件到了就會搶占task2。

有相同優(yōu)先級任務的情況：

task1是優(yōu)先級最高的事件驅(qū)動任務，task2是和Idle task優(yōu)先級相同的持續(xù)處理型任務。

task2和空閑任務就會輪流運行，而task1則可以搶占task2和空閑任務。

假如空閑任務里其實沒做什么事情，我們想讓和空閑任務相同優(yōu)先級的Task2有更多的運行時間就可以配置configIDLE_SHOULD_YIELD。

如果configIDLE_SHOULD_YIELD設置為0，那么空閑任務將在整個時間片中保持運行狀態(tài)，除非它被更高優(yōu)先級的任務搶占。

如果configIDLE_SHOULD_YIELD設置為1，如果有其他空閑優(yōu)先級任務處于就緒狀態(tài)，那么空閑任務將主動讓出運行時間。

審核編輯：黃飛

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